連桿常見問題解決方案

文／ 顧軍，姜喜峰，陳艷杰，楊航，楊成忠·一汽鍛造（吉林）有限公司

連桿是汽車發(fā)動機的核心零件之一，其失效形式是疲勞斷裂和過量變形，通常疲勞斷裂的部位是在連桿上的三個高應(yīng)力區(qū)域。連桿的工作條件要求連桿具有較高的強度和抗疲勞性能，又要求具有足夠的剛性和韌性。鍛造連桿的材料主要是非調(diào)質(zhì)鋼，對應(yīng)力集中很敏感，因此，在連桿外形、過渡圓角等方面要求嚴格。連桿鍛件生產(chǎn)中，常見的問題有脫碳、折紋、錯差、切邊拉痕、脹斷掉渣等。本文主要針對鍛造連桿的常見問題及解決方法進行闡述，希望對大家有借鑒作用。

鍛造連桿常見問題

鍛件脫碳

⑴發(fā)生問題。連桿一般要求脫碳≤0.3mm(部分產(chǎn)品要求脫碳≤0.2mm)，不允許全脫碳。非調(diào)質(zhì)鋼連桿在生產(chǎn)過程中，易產(chǎn)生脫碳現(xiàn)象，超出標準脫碳層的連桿，使用壽命將受到影響。脫碳形成的主要原因是：坯料溫度過高、加熱時間過長、高溫料箱內(nèi)堆積或爐內(nèi)長時間保溫、多次加熱，以及電加熱爐急劇升溫等。連桿脫碳較嚴重的情況如圖1所示。

⑵解決方案。1)加強生產(chǎn)過程質(zhì)量控制，避免出現(xiàn)料溫過高、多次加熱、悶料等情況；2)改進加熱爐，一方面縮短加熱時間，另一方面避免加熱中的坯料在爐子銜接部位暴露在空氣中，如圖2(a)所示；3)增設(shè)了高溫棒料冷卻輸送帶，避免高溫棒料堆積，如圖3所示。改進后的脫碳效果如圖4所示。

鍛件折紋

⑴發(fā)生問題。連桿大部分表面都是非加工面，且表面質(zhì)量要求很高，一旦出現(xiàn)折紋只能報廢，導(dǎo)致連桿廢品率高達7%左右，造成極大的浪費，折紋實物如圖5所示。

⑵解決方案。此類型的折紋，主要原因是輥鍛模具設(shè)計缺陷及使用維護不當(dāng)，導(dǎo)致坯料的端頭或輥坯缺陷造成的。措施：1)輥鍛模具型槽尾部開通，便于調(diào)整輥坯長度，確保輥坯長度方向完全覆蓋模具型槽，如圖6所示；2)輥鍛模具型槽優(yōu)化，確保輥坯坯料分配與鍛模型槽相應(yīng)部位對應(yīng)，如圖7所示；3)增加輥鍛機夾鉗噴水除氧化皮工序，避免氧化皮堆積后夾傷坯料，如圖8所示；4)制訂輥鍛模具使用、維護及更換規(guī)則，避免模具上的砂眼、疲勞紋等在輥坯上形成缺陷；5)優(yōu)化連桿輥坯壓扁厚度尺寸，使輥坯缺陷排到飛邊上，避免打入鍛件形成折紋。

鍛件錯差

⑴發(fā)生問題。連桿錯差要求較高，錯差≤0.5 mm，部分連桿要求錯差≤0.3mm，鍛件錯差將導(dǎo)致產(chǎn)品加工后出現(xiàn)壁厚超差、孔邊緣倒角不均勻、孔內(nèi)黑皮等現(xiàn)象，產(chǎn)品錯差現(xiàn)象如圖9所示。

⑵解決方案。針對連桿形狀、錯差類型等問題，采用措施：1)優(yōu)化鍛模鎖扣結(jié)構(gòu)；2)鍛模局部補償設(shè)計等；3)改進頂出結(jié)構(gòu)。

如圖10所示，連桿屬于長軸類產(chǎn)品，如果模具有足夠的空間，由兩個側(cè)鎖扣更改為四角角鎖扣，能有效改善鍛件扭轉(zhuǎn)錯差。

如圖11所示，小頭是楔形類的連桿，切邊沖孔極易變形，導(dǎo)致分模面上下形狀不對稱，劃線表現(xiàn)為鍛件錯差，通過模具對應(yīng)部位的補償設(shè)計，彌補了切邊沖孔變形量，確保錯差量在公差范圍內(nèi)。

如圖12所示，因連桿大小頭頂出不同步，產(chǎn)生的變形量大小不一，變形量大的肉眼即可發(fā)現(xiàn)，變形量小的只能通過錯差檢測表現(xiàn)出來。通過頂大小頭連皮使鍛件出模的方法，能有效避免此類問題。

鍛件切邊拉痕

⑴發(fā)生問題。連桿表面質(zhì)量要求十分嚴格，切邊部位出現(xiàn)的拉痕，不但影響表面質(zhì)量，有的探傷時還掛磁，為了控制此缺陷，生產(chǎn)中不得不頻繁停設(shè)備拆裝切邊模、打磨修理凹模刃口，既影響生產(chǎn)效率，又降低了模具使用壽命，已經(jīng)生產(chǎn)出的鍛件，拉痕淺的需要打磨修復(fù)，拉痕深的只能報廢，導(dǎo)致連桿生產(chǎn)成本極高。切邊拉痕如圖13所示。

⑵解決方案。切邊拉痕的產(chǎn)生，主要是切邊凹模的使用環(huán)境較特殊，刃口易產(chǎn)生微小裂紋，當(dāng)裂紋里夾有氧化皮時，就在鍛件上留下了深淺不一的劃痕，因此把問題轉(zhuǎn)換為解決切邊凹模刃口開裂，措施：1)凹模刃口倒圓角，如圖14所示；2)凹模刃口表面涂層處理，如圖15所示。

實踐證明，對刃口進行特殊處理后，凹模的使用壽命由平均4000件左右提高到平均15000件以上，連桿的切邊質(zhì)量和生產(chǎn)效率有了大幅提高，生產(chǎn)成本得到了有效控制。

脹斷掉渣

⑴發(fā)生問題。連桿脹斷面的金屬掉渣數(shù)量、形狀、厚度及長度都有相應(yīng)的技術(shù)要求，如某連桿脹斷面的金屬掉渣應(yīng)少于3個且為片狀、厚度不大于2mm、總長應(yīng)小于4mm。實際生產(chǎn)中連桿脹斷掉渣廢品率高達1%左右，因脹斷掉渣的發(fā)現(xiàn)工序較晚，因此造成了極大的浪費，較高的脹斷掉渣廢品率提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。連桿脹斷掉渣如圖16所示。

⑵解決方案。改造控溫冷卻線，設(shè)置速冷、保溫、緩冷三個區(qū)，增加保溫時間，各區(qū)域可以有效調(diào)整風(fēng)量，并增加了攪拌風(fēng)機，根據(jù)不同產(chǎn)品的特性還可以加熱保溫，連桿控溫冷卻線如圖17所示。

總結(jié)

為了解決連桿生產(chǎn)中常見脫碳、折紋、錯差、切邊拉痕、脹斷掉渣等問題需要注意以下幾點。

⑴脫碳解決方案：避免料溫過高、避免多次加熱、避免悶料、改進加熱爐杜絕急劇升溫、增設(shè)了冷卻輸送帶避免甩出的高溫棒料堆積。

⑵連桿折紋解決方案：一方面確保輥坯的長短、寬窄、形狀與鍛模型槽匹配，另一方面要保持坯料表面平整、過渡部位圓滑。

⑶連桿錯差要注意真假錯差的區(qū)別，即錯差是鍛模錯移導(dǎo)致的還是鍛件局部變形造成的，前者比較好解決，后者需要從鍛打成形、切邊、沖孔、校正各工序逐一查找出變形工序，然后采取對應(yīng)措施。

⑷切邊拉痕的解決方案：切邊凹模刃口由直角改為小圓角，凹模做涂層處理(建議凹模分塊，降低模具成本)。

⑸脹斷掉渣解決方案：連桿控溫冷卻線設(shè)置速冷、保溫、緩冷三個區(qū)，增加保溫時間。